CN214539925U - 矿用手动开关分断检验飞弧测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，涉及矿用手动开关分断检验技术领域。该系统包括PLC控制器以及与矿用手动开关连接的飞弧测试试验线路；与矿用手动开关连接的操作机构，操作机构的控制信号输入端与PLC控制器的信号输出端电连接；与矿用手动开关连接的数据采集单元，采集矿用手动开关的电压、电流，并传输到PLC控制器；与矿用手动开关机械连接的飞弧检测模块，其信号输出端与PLC控制器的飞弧信号输入端电连接，接地端与飞弧测试试验线路电连接；与PLC控制器连接的交互模块和电源单元。该系统提高了矿用手动开关分断检验过程自动化水平，避免了分断检验过程飞弧人工判断的安全隐患。

Description

矿用手动开关分断检验飞弧测试系统

技术领域

本实用新型涉及矿用手动开关分断检验技术领域，尤其涉及一种矿用手动开关分断检验飞弧测试系统。

背景技术

矿用手动电气开关是矿用隔爆型电磁起动器、矿用隔爆型软起动器、矿用隔爆型掘进机电控箱和矿用隔爆型照明信号综合保护装置等电气设备中的元器件，在矿山电网中起动分断额定或故障电流、无载换向和电气隔离等作用。分断检验是手动电气开关重要的型式试验项目，主要考核其分断试验电流能力。

飞弧测试是考核矿用手动电气开关在分断能力检验中是否发生对地或极间飞弧短路。现有飞弧测试系统采用独立元器件进行，实验过程需要人工观察熔断器是否熔焊，测试过程复杂、人员工作量大、自动化水平差。同时分断检验为高电压、大电流试验，两次检验间隔有明确要求，人工测试具有安全隐患。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，实现对熔断器是否熔断进行检测。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，包括飞弧测试试验线路、操作机构、PLC控制器、数据采集单元、飞弧检测模块、交互模块和电源单元；所述飞弧测试试验线路与矿用手动开关连接；所述操作机构的力矩输出轴与矿用手动开关的驱动轴机械连接，操作机构的控制信号输入端与PLC控制器的操作机构动作信号输出端电连接；所述数据采集单元与矿用手动开关连接，采集矿用手动开关的电压、电流，并传输到PLC控制器；所述飞弧检测模块的测试端与矿用手动开关飞弧测试端机械连接，飞弧检测模块的信号输出端与PLC控制器的飞弧信号输入端电连接，飞弧检测模块的接地端与飞弧测试试验线路电连接；所述交互模块与PLC控制器连接；所述电源单元的信号输出端与PLC控制器的电源输入端电连接。

优选地，所述飞弧测试试验线路包括高压入户柜、高压配电柜、冲击试验变压器、低压配电柜、前级陪试柜、后级陪试柜和接地柜；所述高压入户柜的电压输出端与高压配电柜的电压输入端电连接，高压配电柜的电压输出端与冲击试验变压器的一次侧电压输入端电连接，冲击试验变压器的二次侧电压输出端与低压配电柜的电压输入端电连接，低压配电柜的电压输出端与前级陪试柜的电压输入端电连接，前级陪试柜的电压输出端与矿用手动开关电压输入端电连接，矿用手动开关的电压输出端与后级陪试柜的电压输入端电连接，后级陪试柜的电压输出端与接地柜的电压输入端电连接，高压配电柜的控制信号输入端与PLC控制器的高压动作信号输出端电连接，低压配电柜的控制信号输入端与PLC控制器的低压动作信号输出端电连接。

优选地，所述数据采集单元包括电压互感器、电流互感器和数据采集卡；所述电压互感器的测试端与矿用手动开关电压测试端口电连接，电压互感器的电压信号输出端与数据采集卡的电压信号输入端电连接，矿用手动开关分断试验线路电缆穿心经过电流互感器测试端，电流互感器的电流信号输出端与数据采集卡的电流信号输入端电连接，数据采集卡的信号输出端与PLC控制器的信号输入端电连接。

优选地，所述交互模块包括指令输入单元和显示单元，所述指令输入单元的信号输出端与PLC控制器的指令信号输入端电连接，显示单元的信号输入端与PLC控制器的显示信号输出端电连接。

优选地，所述飞弧检测模块包括熔断器通断测试单元、电流采集单元、中间继电器和PIC单片机系统；所述熔断器通断测试单元一端与矿用手动开关飞弧测试端连接，另一端通过中间继电器与PIC单片机系统连接；所述电流采集单元一端与熔断器通断测试单元连接，另一端与PIC单片机系统连接；所述PIC单片机系统的信号输出端与PLC控制器的信号输入端电连接。

优选地，所述熔断器通断测试单元包括熔断器、飞弧检测电阻、开关电源、限流电阻和接触器；所述飞弧检测电阻的一端与矿用手动开关飞弧测试端机械连接，飞弧检测电阻的一端还与接触器的A输入端电连接，飞弧检测电阻的另一端与熔断器的一端电连接，熔断器的另一端与接地柜连接，熔断器的另一端还与接触器的B输入端电连接，接触器的A输出端和B输出端分别与开关电源的一端、限流电阻的一端电连接，限流电阻的另一端与开关电源的另一端电连接，中间继电器的控制信号输入端与PIC单片机系统的控制信号输出端电连接，中间继电器的电压输出端与接触器的控制线圈电连接。

优选地，所述电流采集单元包括电流传感器和信号处理电路；所述接触器的B项导线穿心经过电流传感器的测试端，电流传感器的电流信号输出端与信号处理电路的信号输入端电连接，信号处理电路的电流信号输出端与PIC单片机系统的电流信号输入端电连接。

优选地，所述飞弧检测模块还包括控制按钮和指示灯，所述控制按钮的信号输出端与PIC单片机系统的信号输入端电连接，指示灯的信号输入端与PIC单片机系统的指示信号输出端相连接。

优选地，所述矿用手动开关分断检验飞弧测试系统还包括通讯单元和工业计算机，所述通讯单元的信号输入端与PLC控制器的通讯信号输出端电连接，通讯单元的信号输出端与工业计算机的通讯信号输入端电连接。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型提供的矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，具有装置操作方便、结构简单、稳定性好等优点，提高了矿用手动开关分断检验过程自动化水平，减少人员工作量，避免了矿用手动开关分断检验过程飞弧人工判断的安全隐患，推动了矿用手动开关检测检验行业自动化发展。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的矿用手动开关分断检验飞弧测试系统的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的飞弧检测模块的结构示意图。

图中，1、高压配电柜；2、冲击试验变压器；3、低压配电柜；4、操作机构；5、前级陪试柜；6、电流互感器；7、后级陪试柜；8、接地柜；9、矿用手动开关；10、电压互感器；11、飞弧检测模块；12、数据采集卡；13、PLC控制器；14、指令输入单元；15、显示单元；16、电源单元；17、通讯单元；18、工业计算机；19、高压入户柜；20、PIC单片机系统；21、信号处理电路；22、电流传感器； 23、熔断器；24、飞弧检测电阻；25、开关电源；26、限流电阻；27、中间继电器；28、接触器；29、指示灯；30、控制按钮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实施例中，矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，如图1所示，包括飞弧测试试验线路、操作机构4、PLC控制器13、数据采集单元、飞弧检测模块、交互模块、电源单元16、通讯单元17和工业计算机18；所述飞弧测试试验线路与矿用手动开关连接；所述操作机构4的力矩输出轴与矿用手动开关9的驱动轴机械连接，操作机构4的控制信号输入端与PLC控制器13的操作机构动作信号输出端电连接；所述数据采集单元与矿用手动开关9连接，采集矿用手动开关9的电压、电流，并传输到PLC控制器13；飞弧检测模块的测试端与矿用手动开关9飞弧测试端机械连接，飞弧检测模块的信号输出端与PLC控制器13的飞弧信号输入端电连接，飞弧检测模块的接地端与飞弧测试试验线路电连接；所述交互模块与PLC控制器13连接，用于控制系统的启动和停止，并显示系统的数据和工作状态；所述电源单元16的信号输出端与PLC控制器13的电源输入端电连接；通讯单元17的信号输入端与PLC控制器13的通讯信号输出端电连接，通讯单元17的信号输出端与工业计算机18的通讯信号输入端电连接。

所述飞弧测试试验线路包括高压入户柜19、高压配电柜1、冲击试验变压器2、低压配电柜3、前级陪试柜5、后级陪试柜7和接地柜8；所述高压入户柜19的电压输出端与高压配电柜1的电压输入端电连接，高压配电柜1的电压输出端与冲击试验变压器2的电压输入端（一次侧）电连接，冲击试验变压器2的电压输出端（二次侧）与低压配电柜3的电压输入端电连接，低压配电柜3的电压输出端与前级陪试柜5的电压输入端电连接，前级陪试柜5的电压输出端与矿用手动开关9电压输入端电连接，矿用手动开关9的电压输出端与后级陪试柜7的电压输入端电连接，后级陪试柜7的电压输出端与接地柜8的电压输入端电连接，高压配电柜1的控制信号输入端与PLC控制器13的高压动作信号输出端（控制高压开关柜的信号输出端）电连接，低压配电柜3的控制信号输入端与PLC控制器13的低压动作信号输出端电连接。

所述数据采集单元包括电压互感器10、电流互感器6和数据采集卡12；所述电压互感器10的测试端与矿用手动开关9电压测试端口电连接，电压互感器10的电压信号输出端与数据采集卡12的电压信号输入端电连接，矿用手动开关9分断试验线路电缆穿心经过电流互感器6测试端，电流互感器6的电流信号输出端与数据采集卡12的电流信号输入端电连接，数据采集卡12的信号输出端与PLC控制器13的信号输入端电连接。

所述交互模块包括指令输入单元14和显示单元15，所述指令输入单元14的信号输出端与PLC控制器13的指令信号输入端电连接，显示单元15的信号输入端与PLC控制器13的显示信号输出端电连接。

所述飞弧检测模块11如图2所示，包括熔断器通断测试单元、电流采集单元、中间继电器27、PIC单片机系统20、控制按钮30和指示灯29；所述熔断器通断测试单元一端与矿用手动开关9飞弧测试端连接，另一端通过中间继电器27与PIC单片机系统20连接；所述电流采集单元一端与熔断器通断测试单元连接，另一端与PIC单片机系统20连接；所述PIC单片机系统20的信号输出端与PLC控制器13的信号输入端电连接；所述控制按钮30的信号输出端与PIC单片机系统20的信号输入端电连接，指示灯29的信号输入端与PIC单片机系统20的指示信号输出端相连接。

所述熔断器通断测试单元包括熔断器23、飞弧检测电阻24、开关电源25、限流电阻26和接触器28；所述飞弧检测电阻24的一端与矿用手动开关9飞弧测试端（一般为开关的外壳）机械连接，飞弧检测电阻24的一端还与接触器28的A输入端电连接，飞弧检测电阻24的另一端与熔断器23的一端电连接，熔断器23的另一端与接地柜8连接，熔断器23的另一端还与接触器28的B输入端电连接，接触器28的A输出端和B输出端分别与开关电源25的一端、限流电阻26的一端电连接，限流电阻26的另一端与开关电源25的另一端电连接，中间继电器27的控制信号输入端与PIC单片机系统20的控制信号输出端电连接，中间继电器27的电压输出端与接触器28的控制线圈电连接。

所述电流采集单元包括电流传感器22和信号处理电路21；所述接触器28的B项导线穿心经过电流传感器22的测试端，电流传感器22的电流信号输出端与信号处理电路21的信号输入端电连接，信号处理电路21的电流信号输出端与PIC单片机系统20的电流信号输入端电连接。

本实施例中，高压入户柜19、高压配电柜1、冲击试验变压器2、低压配电柜3、前级陪试柜5、矿用手动开关9、后级陪试柜7、接地柜8共同组成飞弧测试试验线路，冲击试验变压器2用于将高压电转换成低压电，高压入户柜19、高压配电柜1用于对试验线路的高压侧进行保护和控制，低压配电柜3用于对试验线路的低压侧进行保护和控制，前级陪试柜5和后级陪试柜7用于调整试验线路的电流、功率因数，操作机构4用于对矿用手动开关接通和分断进行控制，电压互感器10、电流互感器6用于采集试验线路的电压和电流，数据采集卡12用于对电压互感器10、电流互感器6的信号进行滤波和处理，PLC控制器13用于对整个系统进行控制和信号处理，飞弧检测模块11用于测试矿用手动开关是否发生飞弧，指令输入单元14用于控制系统的启动和停止，显示单元15用于显示系统的数据和工作状态，电源单元16为PLC控制器13提供工作电源，通讯单元17实现PLC控制器13和工业计算机18之间的数据通讯，工业计算机18用于采集系统运行状态和数据存储。

通过PIC单片机系统20反馈的信号，PLC控制器13判断系统是否发生飞弧，开关电源25、限流电阻26、接触器28、熔断器23、飞弧检测电阻24组成熔断器23通或断测试回路，PIC单片机系统20通过中间继电器27控制接触器28吸合，如果熔断器23正常则系统有电流产生，电流传感器22采集回路电流并经过信号处理电路21反馈给PIC单片机系统20，PIC单片机系统20输出高电平信号给PLC控制器13，则PLC控制器13判定熔断器23正常工作，矿用手动开关9分断检验过程未发生飞弧。否则判定熔断器23熔断，矿用手动开关9分断检验过程发生飞弧。

由于矿用手动开关分断检验时喷出的飞弧与熔断元件相连的试品接地部件之间有一定的电位差，当喷出的电弧附近的空气被电离成导电状态或直接喷射到接地部件后，总有一定的电弧电流要经过飞弧检测电阻24和熔断器23到达接地柜8。如果此电流I足够大或持续时间t长，即

足够大，可使熔断器23熔断。飞弧检测电阻24值

的计算方法如下式所示：

(1)

式中，

为飞弧检测电阻值，单位是Ω；

为通过试验电流时，被试矿用手动开关的极与中性点之间的电压，单位是V； I为标准中规定的预期故障电流值，单位是A。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，其特征在于：包括飞弧测试试验线路、操作机构、PLC控制器、数据采集单元、飞弧检测模块、交互模块和电源单元；所述飞弧测试试验线路与矿用手动开关连接；所述操作机构的力矩输出轴与矿用手动开关的驱动轴机械连接，操作机构的控制信号输入端与PLC控制器的操作机构动作信号输出端电连接；所述数据采集单元与矿用手动开关连接，采集矿用手动开关的电压、电流，并传输到PLC控制器；飞弧检测模块的测试端与矿用手动开关飞弧测试端机械连接，飞弧检测模块的信号输出端与PLC控制器的飞弧信号输入端电连接，飞弧检测模块的接地端与飞弧测试试验线路电连接；所述交互模块与PLC控制器连接；所述电源单元的信号输出端与PLC控制器的电源输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，其特征在于：所述飞弧测试试验线路包括高压入户柜、高压配电柜、冲击试验变压器、低压配电柜、前级陪试柜、后级陪试柜和接地柜；所述高压入户柜的电压输出端与高压配电柜的电压输入端电连接，高压配电柜的电压输出端与冲击试验变压器的一次侧电压输入端电连接，冲击试验变压器的二次侧电压输出端与低压配电柜的电压输入端电连接，低压配电柜的电压输出端与前级陪试柜的电压输入端电连接，前级陪试柜的电压输出端与矿用手动开关电压输入端电连接，矿用手动开关的电压输出端与后级陪试柜的电压输入端电连接，后级陪试柜的电压输出端与接地柜的电压输入端电连接，高压配电柜的控制信号输入端与PLC控制器的高压动作信号输出端电连接，低压配电柜的控制信号输入端与PLC控制器的低压动作信号输出端电连接。

3.根据权利要求1所述的矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，其特征在于：所述数据采集单元包括电压互感器、电流互感器和数据采集卡；所述电压互感器的测试端与矿用手动开关电压测试端口电连接，电压互感器的电压信号输出端与数据采集卡的电压信号输入端电连接，矿用手动开关分断试验线路电缆穿心经过电流互感器测试端，电流互感器的电流信号输出端与数据采集卡的电流信号输入端电连接，数据采集卡的信号输出端与PLC控制器的信号输入端电连接。

4.根据权利要求1所述的矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，其特征在于：所述交互模块包括指令输入单元和显示单元，所述指令输入单元的信号输出端与PLC控制器的指令信号输入端电连接，显示单元的信号输入端与PLC控制器的显示信号输出端电连接。

5.根据权利要求1所述的矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，其特征在于：所述飞弧检测模块包括熔断器通断测试单元、电流采集单元、中间继电器和PIC单片机系统；所述熔断器通断测试单元一端与矿用手动开关飞弧测试端连接，另一端通过中间继电器与PIC单片机系统连接；所述电流采集单元一端与熔断器通断测试单元连接，另一端与PIC单片机系统连接；所述PIC单片机系统的信号输出端与PLC控制器的信号输入端电连接。

6.根据权利要求5所述的矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，其特征在于：所述熔断器通断测试单元包括飞弧检测电阻、熔断器、接触器、开关电源和限流电阻；所述飞弧检测电阻的一端与矿用手动开关飞弧测试端机械连接，飞弧检测电阻的一端还与接触器的A输入端电连接，飞弧检测电阻的另一端与熔断器的一端电连接，熔断器的另一端与接地柜连接，熔断器的另一端还与接触器的B输入端电连接，接触器的A输出端和B输出端分别与开关电源的一端、限流电阻的一端电连接，限流电阻的另一端与开关电源的另一端电连接，中间继电器的控制信号输入端与PIC单片机系统的控制信号输出端电连接，中间继电器的电压输出端与接触器的控制线圈电连接。

7.根据权利要求6所述的矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，其特征在于：所述电流采集单元包括电流传感器和信号处理电路；所述接触器的B项导线穿心经过电流传感器的测试端，电流传感器的电流信号输出端与信号处理电路的信号输入端电连接，信号处理电路的电流信号输出端与PIC单片机系统的电流信号输入端电连接。

8.根据权利要求5所述的矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，其特征在于：所述飞弧检测模块还包括控制按钮和指示灯，所述控制按钮的信号输出端与PIC单片机系统的信号输入端电连接，指示灯的信号输入端与PIC单片机系统的指示信号输出端相连接。

9.根据权利要求2-8任一项所述的矿用手动开关分断检验飞弧测试系统，其特征在于：所述矿用手动开关分断检验飞弧测试系统还包括通讯单元和工业计算机，所述通讯单元的信号输入端与PLC控制器的通讯信号输出端电连接，通讯单元的信号输出端与工业计算机的通讯信号输入端电连接。

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